【文章內(nèi)容簡介】 用壽命的建議 ................................................................................ 16 10 結(jié) 論 ................................................................................................................. 18 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 19 英文原文： ............................................................................................................. 21 致 謝 ...................................................................................................................... 40 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 1 1 概 述 我國是產(chǎn)煤和用煤大國，盡管石油、天然氣、風(fēng)能和核能等其他能源發(fā)揮著各自的優(yōu)勢(shì)和作用，我國最主要的能源依然是煤炭。隨著 21 世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，世界對(duì)煤炭 資源的需求增加，煤炭工業(yè)的機(jī)械化進(jìn)一步得到促進(jìn) ，采煤機(jī)也發(fā)展 成為目前最主要的采煤機(jī)械。 采煤機(jī) 的發(fā)展?fàn)顩r (1)橫向多電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式是現(xiàn)在絕大多數(shù)新生產(chǎn)的采煤機(jī)所采用的。 (2)最大總裝機(jī)功率不斷增加，采煤機(jī)截深不斷增加。 (3)采煤機(jī)各個(gè)組成板塊之間采用液壓、銷軸等更簡單可靠有效的連接方式。 (4)液壓牽引方式逐漸退出歷史舞臺(tái)， 電牽引 方式得到大力推廣。 (5)MG200 是我國高檔普采和節(jié)約型綜采的主要機(jī)型 ， 由于性能等方面已不能滿足生產(chǎn)要求，需要研制新的替代機(jī)型，國內(nèi)一些機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手開始研究，并取得 了不錯(cuò)的效果。 (6)讓截割部與牽引部融為一體，能充分利用空間，結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊。 (7)不用底托架。 (8)特殊工作條件用采煤機(jī)得到眾多研究。 (9)部分采煤機(jī) 真正實(shí)現(xiàn)了工作面 的無人化 安全生產(chǎn)。 采煤機(jī)簡述 采煤機(jī)的分類和組成 采煤機(jī)分法 很多 ， 有按照截割機(jī)構(gòu)類型分的，有按照牽引形式分的，有按功率分的。 一般 情況下 我們 是 按照 采煤機(jī) 工作機(jī)構(gòu)的 類型 進(jìn)行分類 的 ，可以 分為 一下幾種 ： 采煤機(jī)滾筒式、鉆削式與鏈?zhǔn)?。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 2目前，用的最多的是 滾筒采煤機(jī)， 因?yàn)?這種采煤機(jī) 適應(yīng)性好 ， 效率高 ，可靠性高 。 圖 11 雙滾筒采煤機(jī) 滾筒采煤機(jī)的工作原理 雙滾筒采煤機(jī) 截割煤巖時(shí) ，前滾筒 調(diào)高，割頂煤 ，后滾筒 調(diào)低， 割底煤，因此采煤機(jī)沿工作面 行走 一次，可以 推進(jìn)一個(gè)截深 ， 回程時(shí) 又可以 推進(jìn)一個(gè)行程 ， 也就是說， 采煤機(jī) 來回一次可以推進(jìn)兩個(gè)截深 。 為向刮板機(jī)順利運(yùn)煤， 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的滾筒 （從采空區(qū)看） ，螺旋葉片 應(yīng)為 右旋；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的滾筒 （從采空區(qū)看） ，螺旋葉片 應(yīng)為 左旋 ，即 “左轉(zhuǎn)左旋，右轉(zhuǎn)右旋 ”。 對(duì)于 雙滾筒 而言，要讓兩個(gè)滾筒的 截割阻力相抵消 ，從而才能不破壞采煤機(jī)的整體穩(wěn)定性，一定要使兩個(gè)滾筒對(duì)滾。 所示。采煤機(jī)滾筒如圖 21 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 3 圖 12 采煤機(jī)滾筒 采煤機(jī)械工作過程 采煤 工作主要包括： ： 落煤 、 裝煤 、 支護(hù) 、 運(yùn)輸 。 這里面，采煤機(jī)獨(dú)自進(jìn)行了落煤和裝煤操作。 在一個(gè)綜采工作面中，采煤機(jī)是主要設(shè)備，但是還要有其他機(jī)械的輔助，在工作面中，最主要的設(shè)備除了采煤機(jī)外，就是液壓支架和刮板運(yùn)輸機(jī)。液壓支架和采煤機(jī)之間要有一個(gè)安全距離，一是為了工作人員通過，二是防止采煤機(jī)在落煤時(shí)有大的煤塊彈出，傷到工作人員。這三者的 關(guān)系如下圖 13。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 4 滾筒采煤機(jī) 刮板輸送機(jī) 液壓支架 圖 13 三機(jī)配套圖 滾筒采煤機(jī)的特點(diǎn) （ 1）使用范圍廣 ，各種類型的煤都可以用滾筒采煤機(jī)來采割 ，對(duì)煤層地質(zhì)條件的要求較低，對(duì)于地板起伏不平、層厚變化大、煤粘頂、有落差不大的斷層以及不同性質(zhì)的頂板等煤層條件，采煤機(jī)都能適應(yīng)； （ 2） 調(diào)高方便，免開缺口 ； （ 3） 功率高、生產(chǎn)率高 ， 同時(shí)工作可靠 ； （ 4） 操作便捷、方便； （ 5） 有 向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展 的趨勢(shì)。 但是滾筒采煤機(jī)也有其缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 改進(jìn)困難， 價(jià)格昂貴； 相比較其他類型采煤機(jī)而言， 割落 出來 的煤塊度小，粉塵量 大 ， 比能耗高 。一般采煤單位能耗為 ～ 。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 5但是，總的來說，滾筒采煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)相比較其他機(jī)型更占優(yōu)勢(shì)，這也是為什么滾筒采煤機(jī)是現(xiàn)在采煤機(jī)領(lǐng)域的主要機(jī)型。 選題的目的和意義 我國是產(chǎn)煤和用煤大國，盡管石油、天然氣、風(fēng)能和核能等其他能源發(fā)揮著各 自的優(yōu)勢(shì)和作用，我國最主要的能源依然是煤炭 ，而且近期這種能源格局不會(huì)改變。因此，對(duì)煤炭的高效開采及合理利用仍是我國需要努力的方向，這將使我國不僅是能源開采和利用大國，更是能源方面的強(qiáng)國。 談到煤炭的高效開采，就要從采煤環(huán)節(jié)的源頭采煤機(jī)說起。采掘機(jī)是采煤的主要機(jī)械之一，而采煤機(jī)截割部作為采煤機(jī)消耗功率最大的組成部分，其性能的好壞對(duì)采煤機(jī)整體性能的好壞起到至關(guān)重要的影響。因此，基于上面所闡述的采煤機(jī)的應(yīng)用背景，本文選擇對(duì)采煤機(jī)截割部進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文通過對(duì)截割部的設(shè)計(jì)及截齒的優(yōu)化來提升截割部的性能，從而提升采煤機(jī)的 性能，具有一定實(shí)際意義和價(jià)值。 論文主要研究內(nèi)容 本文對(duì) MG300/700WD 采煤機(jī)的截割部進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)截齒進(jìn)行了靜力學(xué)分析，隨后提出了提高截齒使用壽命的若干建議。具體包括以下內(nèi)容： （ 1）截割部傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過已知條件先是對(duì)截割部電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選型，然后進(jìn)行總傳動(dòng)比的計(jì)算和分配，完成齒輪模數(shù)和齒數(shù)的選擇。 （ 2）傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算，通過計(jì)算得知各軸的轉(zhuǎn)速、功率以及轉(zhuǎn)矩。 （ 3）圓柱齒輪的設(shè)計(jì)及校核，完成 8 個(gè)齒輪的設(shè)計(jì)校核工作。 （ 4）行星齒輪的設(shè)計(jì)及校核。先是進(jìn)行齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定，然后精確計(jì)算齒輪模數(shù)、幾何參數(shù)及裝配條件，最后完成齒輪強(qiáng)度校核。 （ 5）花鍵的設(shè)計(jì)及校核。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 6（ 6）軸及軸承的設(shè)計(jì)及校核。 （ 7）鎬型截齒靜力學(xué)分析及失效研究。建立簡化的鎬型截齒有限元模型，通過有限元分析軟件 ANSYS 進(jìn)行約束加載，進(jìn)行靜力學(xué)分析。對(duì)鎬型截齒破損原因進(jìn)行了分析并提出相關(guān)建議。 全套完整版加 153893706 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 7 2 MG300/700WD 采煤機(jī) 的主要技術(shù)參數(shù)和特點(diǎn) 主要技術(shù)參數(shù) 本文所設(shè)計(jì)的 MG300/700WD 交流電牽引采煤機(jī)， 是 多電機(jī)橫向布置型的 ，各 個(gè)組成板塊能 夠?qū)崿F(xiàn) 積木式組合。該機(jī) 有左右兩個(gè)截割電機(jī)，每個(gè)功率為 300KW，有左右兩個(gè) 牽引 電機(jī)，每個(gè) 功率 為 40KW，適于傾角 ≤40176。，頂板中等穩(wěn)定，中硬及硬質(zhì)煤層或含矸石夾層煤層的開采。 表 21 MG300/700WD 主要技 術(shù)參數(shù) 型 號(hào) 單位 MG300/700WD 采 高 m ～ 截 深 mm 6 800 適用傾角 ≤40176。 滾筒直徑 mm Φ1800、 Φ202 Φ2200 滾筒轉(zhuǎn)速 r/min 、 3 搖臂長度 mm 2200 搖臂擺動(dòng) 中心距 mm 6258 牽 引 力 KN 535 牽引速度 m/min 0～ 牽引形式 電牽引 機(jī)面高度 mm 1426 滅塵方式 內(nèi)外噴霧 裝機(jī)功率 KW 3002+402+20 電 壓 V 1140 整機(jī)質(zhì)量 T 40 配套輸送機(jī) 系列730 、 系列764 、 系列830 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 8 MG300/700WD 采煤機(jī)的主要特點(diǎn) （ 1） 截割電機(jī)是以橫向布置的方式布置在搖臂上的，搖臂和機(jī)身通過銷軸連接，之間沒有動(dòng)力傳輸。 （ 2） 機(jī)身分成三部分，及中間箱和左右牽引部，沒有底托架，連接用的是液壓螺栓，方便可靠。 （ 3） 用的是四象限運(yùn)行技術(shù)，可以用于急傾角煤層的開采 （ 4） 交流變頻電牽引系統(tǒng) 可以選擇 “一拖一 ”或 “一拖二 ”的 方式。 “一拖一 ”方式 是指兩個(gè)牽引電機(jī)分別有兩個(gè)變頻器來控制 ， 工作可靠性高 ；而 “一拖二 ”方式采用兩臺(tái)牽引電機(jī) 用同一個(gè)變頻器控制 ，系統(tǒng)簡單 劃算 。 （ 5）電控 部分 采用 PLC 來實(shí)現(xiàn) ， 能夠?qū)嵕€ 開機(jī)操作步驟 的 提示， 以及故障 分析 和記憶 ，全部以中文顯示 。 （ 6） 瓦斯斷電 、 溫度監(jiān)控 等 安保 功能。 （ 7） 液壓調(diào)高系統(tǒng) 簡單安全。 （ 8） 老塘側(cè)可以抽出大部分部件，維修容易。 （ 9） 過載保護(hù) 做得好，生產(chǎn)效率高。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 9 3 截割部的設(shè)計(jì) 截割部概述 螺旋 滾筒 、減速器與截割電機(jī)等共同 組成 采煤機(jī)截割部 ， 截割部的作用是將 煤從煤 壁 上 割落下來 。 對(duì)于 單滾筒采煤機(jī) ，截割部只有一個(gè) ， 而對(duì)于 雙滾筒采煤機(jī) 而言，截割 部有兩個(gè)，左右對(duì)稱 。 現(xiàn)在采煤機(jī)都采用螺旋滾筒， 滾筒同時(shí) 有破煤和裝煤兩種功能。滾筒 是整個(gè) 機(jī)械傳動(dòng)裝置 的終端 ， 動(dòng)力由電機(jī)一步步 傳遞 到 截割滾筒。調(diào)高功能 是滾筒采煤機(jī) 理應(yīng) 具有 的 ，以 應(yīng)對(duì) 煤層厚度 改變與 底板起伏的 情況 。 截割部 是耗能最大的地方，其 功率占采煤機(jī)總功率 的絕大部分比重 。截割性能的好壞 對(duì) 采煤機(jī)的生產(chǎn)率 和 比能耗 有直接影響 。 截割部傳動(dòng)裝置特點(diǎn) （ 1） 電機(jī)軸 轉(zhuǎn)速 為 1470r/min 左右，滾筒轉(zhuǎn)速 為 30～ 50r/min， 總傳動(dòng)比 為 30～ 50， 共需要 3～ 4 級(jí)齒輪減速。 由于 采煤機(jī)機(jī)身高度 有 嚴(yán)格 的 限制， 因此 各級(jí) 傳動(dòng)比不能 一樣大 ，一般說來上一級(jí)傳動(dòng)比要大于下一級(jí)，這樣才能保證各級(jí) 尺寸均勻。 圓柱 齒輪 傳動(dòng)比一般不大于 4~3 ，行星齒輪傳動(dòng)比可 以 達(dá) 到 6~5 。 （ 2） 當(dāng) 電動(dòng)機(jī) 要同時(shí) 驅(qū)動(dòng)截割部 和 牽引部時(shí)，必須 要 設(shè)置離合器， 以便 采煤機(jī)在調(diào)動(dòng)或檢修時(shí) 電機(jī)不能驅(qū)動(dòng)滾筒 。 離合器 通常設(shè)置安裝在 高速級(jí)， 從而達(dá)到 減小尺寸 的目的，且 便于操縱。 （ 3）搖臂調(diào)高。 一般設(shè)計(jì)上會(huì)在減速級(jí)中設(shè)置 多個(gè) 惰輪， 以使搖臂符合長度要求。 通常一級(jí)減速。少數(shù)搖臂兩級(jí)減速。 （ 4）行星齒輪傳動(dòng)比 較大 。 （ 5）采煤機(jī)齒輪 一般為 修正 后的齒輪 ，齒數(shù)較少。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 10 截割部 的 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 截割部 電機(jī) 橫向 布置 ， 減速器各級(jí) 彼此獨(dú)立， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 裝拆方便 。 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 結(jié)構(gòu)簡化 ，制造、裝配簡單，維修 方便， 可靠性高 ； （ 2）電動(dòng) 機(jī)各自獨(dú)立 驅(qū)動(dòng)，各傳動(dòng)系統(tǒng) 也是 獨(dú)立 的 ； （ 3） 搖臂與機(jī)身鉸接 ， 不傳遞功率 ， 搖臂支撐結(jié)構(gòu) 簡單可靠 ； （ 4）組裝、拆卸和維修方便。 缺點(diǎn)： （ 1） 首尾 兩電動(dòng)機(jī)功率 相同，但截割條件不同，必有一個(gè)電機(jī)存在功率浪費(fèi) ； （ 2）電控系統(tǒng)較復(fù)雜。 已知條件 （ 1） 采高范圍 ～ ； （ 2） 煤層傾角 ≤40176。 （ 3） 截割功率 2300kW （ 4） 滾筒轉(zhuǎn)速 35r/min 截割部電機(jī)的選擇 電機(jī)型號(hào)： YBC300 額定功率（ kw）： 300 kW 額定電壓（ V）： 1140 V 額定電流（ A）： 180 A 額定轉(zhuǎn)速（ ）： 1470 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 T ： mNT ???? 3009550 總傳動(dòng)比的計(jì)算 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 11 值軸轉(zhuǎn)速與滾筒轉(zhuǎn)速的比總傳動(dòng)比等于截割電機(jī) 電機(jī)轉(zhuǎn)速： 1470 r/min 滾筒轉(zhuǎn)速： 35 r/min 總傳動(dòng)比： 42351470 ??總i 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2021 屆本科生畢業(yè)論文 12